地理信息系統(tǒng)GIS在輸電線路的應用

摘要：文章針對國內(nèi)現(xiàn)有輸電線路的特點和整體需求，通過對GIS技術(shù)在輸電工程中的應用領(lǐng)域的了解，闡述了如何應用輸電工程GIS數(shù)據(jù)庫，以及如何規(guī)劃GIS在整個輸電工程中的完整應用架構(gòu)體系，為工程建設輸電GIS應用提供指導性意見和建議。

關(guān)鍵詞：輸電線路；GIS技術(shù)；應用

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）26-0080-03

輸電線路地域分布的廣泛性及地理條件的復雜性，致使原有的信息系統(tǒng)不能滿足實際應用的要求。而地理信息系統(tǒng)GIS（Geographic Information System，GIS）技術(shù)正是具有其空間數(shù)據(jù)分析和可視化表達等特點，則為解決這個問題提供了良好的解決方案。GIS技術(shù)的引入，使得輸電工程全壽命周期管理工作有了更好的平臺，給電網(wǎng)工程帶來了設計變革與管理手段的創(chuàng)新，同時，也是實踐電網(wǎng)科學發(fā)展觀的重要體現(xiàn)。

1 輸電工程GIS數(shù)據(jù)庫規(guī)劃

GIS數(shù)據(jù)庫規(guī)劃是利用商業(yè)數(shù)據(jù)庫所提供的空間數(shù)據(jù)庫與屬性數(shù)據(jù)，結(jié)合GIS平臺提供的空間數(shù)據(jù)庫引擎，對建立輸電工程GIS數(shù)據(jù)庫成為可能，只有重視基礎(chǔ)數(shù)據(jù)規(guī)劃，才能體現(xiàn)GIS技術(shù)在輸電工程智能化應用。

輸電工程GIS數(shù)據(jù)庫的規(guī)劃，分為空間數(shù)據(jù)模型、屬性數(shù)據(jù)模型、電網(wǎng)數(shù)據(jù)模型等三大類型，如圖1所示。

1.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集是建立GIS數(shù)據(jù)庫的第一步工作，所采集的數(shù)據(jù)存儲應滿足多比例尺、多數(shù)據(jù)源、分布式、多庫一體化的存儲方式。針對不同類型的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集方式不盡相同：

①空間數(shù)據(jù)通常以矢量格式的數(shù)據(jù)提供，一般支持常用的矢量格式的數(shù)據(jù)，比如Shp\\E00\\Dwg等常用格式的數(shù)據(jù)，其中基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)包括境界、交通、水系等地形地物地貌數(shù)據(jù)，專題數(shù)據(jù)包括覆冰、風速、污區(qū)等等，這些數(shù)據(jù)帶有坐標，屬于保密數(shù)據(jù)，因此大部分都是通過測繪部門或?qū)I(yè)部門購買，然后通過數(shù)據(jù)處理，包括格式轉(zhuǎn)換、坐標轉(zhuǎn)換生成GIS平臺可導入的格式，最終生成矢量數(shù)據(jù)庫，在GIS系統(tǒng)中以圖層的形式加載分析。此外三維影像數(shù)據(jù)，如海拉瓦航拍提供的正射影像圖與數(shù)字地面高程模型數(shù)據(jù)，可以通過GIS平臺提供的數(shù)據(jù)導入接口，形成金字塔三維影像數(shù)據(jù)庫。

對有些數(shù)據(jù)是通過現(xiàn)場勘測后由專業(yè)數(shù)據(jù)處理人員補充某專題數(shù)據(jù)，如新發(fā)現(xiàn)的礦區(qū)分布點，直接到GIS平臺專題圖層上補充更新。

②屬性數(shù)據(jù)庫，如電網(wǎng)規(guī)劃數(shù)據(jù)、設備靜態(tài)臺帳數(shù)據(jù)等、這些與坐標空間無關(guān)的數(shù)據(jù)，一般來自于外部生產(chǎn)系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)，采用三種方式實現(xiàn)。一種是直接通過系統(tǒng)中進行手工的錄入，二是通過外部系統(tǒng)導出然后再批量導入，如Excel文件導入，生成對應的屬性數(shù)據(jù)庫。三是通過與其它系統(tǒng)的接口，如與ERP系統(tǒng)的連接導入數(shù)據(jù)。

針對運行參數(shù)以及在線監(jiān)測的數(shù)據(jù)，基本上是通過數(shù)據(jù)采集終端傳感器生成信息，由監(jiān)測主站經(jīng)過電纜進行傳輸采集，實現(xiàn)設備運行數(shù)據(jù)、在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集。

③針對電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)的采集，也是三種方式，一是批量自動生成，根據(jù)每個線路的桿塔坐標以及相關(guān)的屬性信息，自動生成線路電網(wǎng)模型；二是通過手動方式在GIS平臺上創(chuàng)建線路模型；三是從原有已規(guī)劃的線路模型直接轉(zhuǎn)換為已投產(chǎn)的輸電線路模型。

1.2 數(shù)據(jù)更新維護

實現(xiàn)數(shù)據(jù)更新維護是完善GIS數(shù)據(jù)庫的基本要求，同樣涉及GIS數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、不同比例坐標數(shù)據(jù)的處理。對現(xiàn)有工程所歸檔的GIS數(shù)據(jù)，由于前期收集不全，或存在更新版本的數(shù)據(jù)，以及通過現(xiàn)場勘測后，發(fā)現(xiàn)需要在地圖上補充的相關(guān)影響因素等，設計人員可能經(jīng)過授權(quán)允許對電網(wǎng)數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)以及專題數(shù)據(jù)進行實時維護完善，讓其它不同專業(yè)的設計人員及時了解最新數(shù)據(jù)，提高信息資源的共享。

針對空間數(shù)據(jù)修改一般直接加載所要更新的圖層，然后通過GIS平臺提供的數(shù)據(jù)維護功能，直接對對像進行增加、修改、刪除的操作。

若是屬性數(shù)據(jù)，可以直接調(diào)用該空間對象，然后查看其屬性數(shù)據(jù)直接進行表單數(shù)據(jù)的修改。

1.3 數(shù)據(jù)輸出

輸電工程GIS數(shù)據(jù)輸出通常要結(jié)合具體的工程分析后輸出相應的結(jié)果，因此在不同的階段輸出成果也各不相同，GIS工程數(shù)據(jù)庫的輸出，包括了系統(tǒng)規(guī)劃階段帶有地理背景信息的地理接線圖出圖或不同年度不同地區(qū)不同電壓等級規(guī)劃數(shù)據(jù)臺帳輸出成Excel格式；在設計階段，可以指定輸出帶某專題的輸電線路路徑圖、根據(jù)不同圖層影響指標生成的線路周邊影響因素量化對照表，提供設計人員輔助決策；對運維階段主要還是在線監(jiān)測實時提供的數(shù)據(jù)通常以圖表的形式進行綜合數(shù)據(jù)的展示。

2 輸電工程GIS應用架構(gòu)規(guī)劃

作為智能電網(wǎng)的組成部分，有必要對輸電工程GIS應用層面架構(gòu)進行整體規(guī)劃，整個體系架構(gòu)是個分層次的體系，包括數(shù)據(jù)服務層、應用平臺層以及專業(yè)業(yè)務層等三個層次，如圖2所示。

2.1 數(shù)據(jù)服務層

數(shù)據(jù)服務層主要包括了工程GIS數(shù)據(jù)模型的創(chuàng)建以及與外部數(shù)據(jù)源的接口，由于GIS數(shù)據(jù)庫的獨特空間數(shù)據(jù)庫引擎性結(jié)合屬性數(shù)據(jù)能夠完整的描述帶設備參數(shù)的電網(wǎng)模型，因此建立完整規(guī)范的工程GIS數(shù)據(jù)庫是其它高級應用的前提條件，無比重要。

其中在與外部系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸時，一般通過單獨的數(shù)據(jù)接口服務，比如web service跨平臺的接口，實現(xiàn)與外部數(shù)據(jù)ERP數(shù)據(jù)讀取。

2.2 應用平臺層

應用平臺層提供系統(tǒng)專業(yè)業(yè)務應用需要的軟件系統(tǒng)支持。所有的系統(tǒng)業(yè)務應用都通過應用平臺層的軟件支持完成，它是使系統(tǒng)的業(yè)務應用可以保持靈活性、開放性、安全性的重要模塊。

本層涉及GIS數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，用于處理對數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、坐標轉(zhuǎn)換等；安全服務提供了GIS數(shù)據(jù)的安全保密機構(gòu)，特別是涉及帶坐標的地理數(shù)據(jù)、軍事信息、系統(tǒng)規(guī)劃信息等，需要相應的安全保密機制；編碼與規(guī)范包括了輸電設備完整的編碼規(guī)則與電力GIS平臺的公共規(guī)范，將來根據(jù)設備的類型以及相關(guān)的信息能夠自動生成設備信息編碼，這對將來設備運行維護管理帶來較大的方便，同時要建立統(tǒng)一電力GIS平臺規(guī)范，推進電力企業(yè)健康規(guī)范發(fā)展；工作流引擎主要應用于數(shù)據(jù)使用授權(quán)審批流程、設備維護檢修流程等具體帶流程的業(yè)務模塊當中；模板管理主要應用于相關(guān)前期工作報告可研報告模板定制以及在規(guī)劃設計過程當中涉及計算的公式定義等；平臺管理主要實現(xiàn)使用統(tǒng)一的管理界面，提供監(jiān)控、統(tǒng)計、操作權(quán)限管理、日志管理等。

2.3 專業(yè)業(yè)務層

專業(yè)業(yè)務層主要從工程全壽命周期來考慮輸電工程在GIS中的業(yè)務應用，是對輸電網(wǎng)應用GIS技術(shù)的集中體現(xiàn)，因此該業(yè)務層的實現(xiàn)將對實現(xiàn)智能電網(wǎng)邁進了堅實的一步。

2.3.1 在系統(tǒng)規(guī)劃階段

主要包括了地理接線圖的管理與規(guī)劃造價統(tǒng)計分析的應用。其中地理接線圖的管理是基于GIS平臺建立不同地區(qū)不同電壓等級不同時段的帶規(guī)劃信息的地理接線圖模型，并且能做到任意的維護修改等；針對規(guī)劃造價統(tǒng)計分析，主要解決系統(tǒng)規(guī)劃人員每年滾動規(guī)劃所帶來大量的手工計算工作量，工作效率低下，無法形成智能化的分析手段。

2.3.2 在可研階段

基于完善的GIS工程數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)輔助選線、定位排桿以及工程造價計算分析方面提供輔助決策信息，在可研階段選線提供較好可量化的判斷依據(jù)。

針對輔助選線，主要利用該工程所處的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)與專題數(shù)據(jù)，然后根據(jù)所設定的分析范圍與影響因素的參數(shù)指標，定量給出線路的周邊影響因素的情況，并根據(jù)規(guī)則進行量化指標判斷，給出比較合理的規(guī)劃路徑。同時結(jié)合等高線數(shù)據(jù)或三維數(shù)字高程模型給出線路斷面圖，進行定位排桿。同時通過桿塔數(shù)量以及路徑選線時對涉及拆遷賠償?shù)拿娣e大小的計算等，可以在可研階段得出比較有依據(jù)的工程造價數(shù)據(jù)，提高工程造價計算的準確性。

2.3.3 在設計施工階段

主要利用GIS技術(shù)實現(xiàn)線路路徑的優(yōu)化、設計變更、工程造價分析以及將來結(jié)合3S技術(shù)生成數(shù)字沙盤模型指導施工等方面應用。

通過可研階段的收資以及現(xiàn)場勘測的結(jié)果，不斷對工程GIS工程數(shù)據(jù)庫進行補充完善，確保所收集的工程數(shù)據(jù)庫保持最新，這對在設計階段路徑優(yōu)化提供較為精確的數(shù)據(jù)，同時工程造價計算分析，將得到越來越接近實際的造價成本。

2.3.4 在運行維護階段

輸電工程GIS技術(shù)的應用在工程全壽命周期運維階段體現(xiàn)比較突出，這也是智能化電網(wǎng)高級應用的具體體現(xiàn)。因此充分利用GIS技術(shù)提升運維管理水平，提高智能化效果。

特別是輸電網(wǎng)在線監(jiān)測，加強輸電線路狀態(tài)運行管理，對預防和減少事故發(fā)生，加強報警功能，提高電力系統(tǒng)的安全性、可靠性、穩(wěn)定性十分重要，因此需要對輸電線路進行全方位監(jiān)測和管理。

針對巡視應用，利用GIS平臺提供的線路漫游功能與帶地理信息背景的線路走廊，用戶可以很方便的對指定的線路進行巡視，并對巡視所經(jīng)過的設備信息自動顯示狀態(tài)參數(shù)， 及時發(fā)現(xiàn)設備缺陷和危及線路安全的隱患，對設備故障可以做到提前預警，從而保證輸電線路安全和穩(wěn)定運行。

在輸電工程運行維護期間，由于導線、鐵塔、金具等設備使用年限的不同，必須進行日常的維護以及設備的更換，而這些設備的價格、每次更新數(shù)量、規(guī)格型號以及相關(guān)特性，在工程數(shù)據(jù)庫中進行登記管理，并記錄更換原因，生成比較完整的維護數(shù)據(jù)，然后通過幾年的積累數(shù)據(jù)，可以得出線路工程在運維期間的維護成本，也可以根據(jù)不同年份不同設備類型進行統(tǒng)計，還可以結(jié)合項目投產(chǎn)前的成本數(shù)據(jù)，對設計成本與運維成本之間的比重進行分析，在如何降低運維成本方面，應在前期設計階段如何選材考慮，做到合理的功能匹配，確保實現(xiàn)工程使用壽命最長、維修費用最少、所需成本最低的目標，這對后續(xù)該工程設計變更以及將來類似工程全壽命周期成本分析中提供輔助決策信息具有重要意義。

3 結(jié) 論

①建立輸電工程GIS數(shù)據(jù)庫，詳細描述數(shù)據(jù)采集、維護以及導出，建立完善以及定期更新維護輸電工程GIS數(shù)據(jù)庫機制，保證將來規(guī)劃、設計以及運維過程數(shù)據(jù)的準確性，最終為電網(wǎng)管理的預測和決策提供全面、快速、準確的信息支持。

②整個輸電工程GIS系統(tǒng)體系規(guī)劃分成數(shù)據(jù)服務層、應用平臺層以及專業(yè)業(yè)務層等三個層次，體系結(jié)構(gòu)完整，涵蓋了輸電工程全壽命周期管理過程，實現(xiàn)了GIS技術(shù)與輸電工程系統(tǒng)的緊密結(jié)合。

③通過對輸電工程GIS應用體系架構(gòu)規(guī)劃與數(shù)據(jù)庫的規(guī)劃分析，讓用戶更加清晰了解GIS在電網(wǎng)應用的重要意義，是實現(xiàn)智能電網(wǎng)在線監(jiān)測必不可少的技術(shù)，具有廣闊的應用前景和發(fā)展前途。

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